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第2节　染色体变异
一、染色体数目的变异
1．染色体变异的概念及种类
(1)概念：生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
(2)种类：染色体数目的变异和染色体结构的变异。
2．染色体数目变异的类型
(1)细胞内个别染色体的增加或减少。
(2)细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
3．二倍体和多倍体
(1)染色体组：在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
(2)二倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。
(3)三倍体、四倍体的形成过程
(4)多倍体
①概念：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
②特点：常常是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加，也存在结实率低，晚熟等缺点。
③三倍体不育的原因：三倍体的原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子。
④人工诱导多倍体的方法
方法 用秋水仙素诱发或用低温处理
处理对象 萌发的种子或幼苗
原理 能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使细胞内染色体数目加倍
实例 含糖量高的甜菜和三倍体无子西瓜的培育
4．单倍体
(1)概念：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。
(2)实例：蜜蜂中的雄蜂，单倍体的农作物。
(3)特点：与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
(4)应用——单倍体育种
①方法
②优点：能明显缩短育种年限。
【归纳总结】　
(1)由配子发育而成的个体为单倍体。单倍体不一定只含一个染色体组，如六倍体普通小麦单倍体的体细胞中含有三个染色体组。
(2)生物是否可育的判断方法：看减数分裂时，染色体能否正常联会，若能正常联会，则可产生正常的配子，则生物是可育的，反之，不可育。如三倍体香蕉不可育；含有一个染色体组的单倍体不可育；二倍体的骡不可育。
强化记忆：
有关染色体组数的判断：
(1)请根据染色体的形态判断染色体组的数量，并完成表格的填写。
项目
染色体组数 3 2 1 4 2
每个染色体组内染色体数 3 3 4 2 2
规律：染色体组数＝形态相同的染色体的条数，一个染色体组中的染色体数＝不同形态染色体的种类数。
(2)请根据基因型判断染色体组数：
项目
染色体组数 1 3 2 4
规律：染色体组数＝控制同一性状的基因的个数。
二、低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1．实验原理
用低温处理植物的分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。
2．实验步骤与现象
(1)实验步骤
(2)现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
3．注意事项
(1)在显微镜下观察到的细胞已经死亡，不能观察到细胞中染色体数目的变化过程。
(2)选材只能是分生区细胞，不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化。
【特别提醒】　卡诺氏液和解离液的作用
卡诺氏液是固定液的一种。固定液的作用是固定细胞形态以及细胞内的各种结构，固定之后，细胞死亡并且定型，不再代谢也不再变化。解离液的作用主要是溶解细胞间的连接物质，将组织中的细胞分散开来，便于观察，解离之后细胞死亡。
三、染色体结构的变异
1．类型
图解 变化 名称 举例
染色体b片段缺失 缺失 果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段增加 重复 果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段(d、g)移接到另一条非同源染色体上 易位 果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某一片段(a、b)位置颠倒 倒位 果蝇卷翅的形成
2．结果：染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。
3．对生物体的影响：大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
【特别提醒】　非同源染色体之间发生的片段互换属于染色体结构变异，而同源染色体之间发生的片段互换属于基因重组。
强化记忆：
1．下图为显微镜观察的变异杂合子染色体联会异常现象，通过图示辨析染色体结构变异的类型。
上述变异类型中，缺失和重复改变了染色体上基因的数量，易位和倒位改变了基因在染色体上的排列顺序。
四、生物变异类型的辨析
1．类型
根据遗传物质是否改变，变异分为可遗传的变异和不可遗传的变异。
2．关系辨析
3．区分三种可遗传变异
(1)关于“互换”
项目 交换(同源染色体非姐妹染色单体之间的互换) 染色体易位
图解
区别 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间 发生于非同源染色体之间
属于基因重组 属于染色体结构变异
(2)关于“缺失或重复”
项目 基因突变 染色体片段缺失或重复
图解
区别 在一个基因内部发生了碱基的增添或缺失 在染色体上发生了染色体片段的增加(重复)或缺失
基因的数量和位置不改变，基因的种类改变 基因的数目发生改变
(3)关于变异与分裂方式
变异类型 变异水平 显微观察结果 细胞分裂方式
基因突变 分子水平变异 光学显微镜下不可见 二分裂、无丝分裂、有丝分裂、减数分裂
基因重组 减数分裂
染色体变异 细胞水平变异 光学显微镜下可见 有丝分裂、减数分裂
(4)关于变异的“质”和“量”：基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，会改变基因的量或基因的排列顺序。
五、细胞分裂异常与生物变异
1．配子中染色体出现异常的原因
(1)体细胞是纯合子AABB，若形成的配子是AAB类型，则形成的原因是含A的同源染色体未分离进入同一子细胞或含A的姐妹染色单体分开后进入同一子细胞。
(2)体细胞是AaBb杂合类型发生异常
①若形成的配子是AaB或Aab或ABb或aBb类型，则形成的原因是减数分裂Ⅰ时，同源染色体未分离进入同一子细胞。
②若形成的配子是AAB或AAb或ABB或aBB或aaB或aab或Abb或abb类型，则形成的原因是减数分裂Ⅱ时，姐妹染色单体分开后进入同一子细胞。
(3)亲代为AaXBY，产生配子时发生异常
①若配子中出现Aa或XY在一起，则减数分裂Ⅰ异常。
②若配子中A—a分开，X—Y分开，出现两个AA/aa或两个XX/YY，则是减数分裂Ⅱ异常。
③若配子中无性染色体或无A也无a，则是减数分裂Ⅰ或Ⅱ异常。
2．姐妹染色单体上存在等位基因的原因
(1)根据变异前体细胞的基因型
①如果亲代基因型为AA或aa，则引起姐妹染色单体上A与a不同的原因是基因突变。
②如果亲代基因型为Aa，则引起姐妹染色单体上A与a不同的原因是基因突变或同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了互换。
(2)根据细胞分裂方式判断
①如果有丝分裂中姐妹染色单体分离形成的子染色体上基因不同，则为基因突变的结果，如图甲。
②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，可能是基因突变，也可能是同源染色体的非姐妹染色单体之间互换的结果，如图乙。
③如果是减数分裂Ⅱ后期，两条子染色体(颜色一致)上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图丙。
④如果是减数分裂Ⅱ后期，两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同，则为同源染色体的非姐妹染色单体之间互换的结果，如图丁。
3．三体、三倍体与单体
三体指的是二倍体生物体细胞核中的一对同源染色体多了一条染色体的个体，其染色体组成表示为2n＋1；而三倍体是指由受精卵发育而成的体细胞中含有三个染色体组的个体；单体指的是二倍体生物体细胞核中的一对同源染色体少了一条染色体的个体，其染色体组成表示为2n－1。
六、有关变异类型的实验探究
1．判定突变性状是否为可遗传的变异
(1)判定方法
变异个体自交或与其他个体杂交——
(2)将变异个体置于与原来类型相同的环境下种植或养育等，观察变异性状是否消失。若不消失，则为可遗传的变异；反之，则为不遗传的变异。
2．判断突变性状的显隐性
(1)显性突变和隐性突变
①显性突变(即a→A)：该突变一旦发生，即aa→Aa，在当代就能表现出新的突变性状。
②隐性突变(即A→a)：该突变一旦发生，即AA→Aa，第一代突变体中突变性状一般不能表现出来；只有当隐性基因纯合时，突变性状才能表现出来，且突变性状一旦表现，即可稳定遗传。
(2)判断方法
选用突变型与原始亲本(纯合子)进行杂交(植物可采用自交)：若子代只表现原有的性状，则突变型为隐性性状；若子代既表现出突变性状，又表现出原有性状，则突变型为显性性状。
七、育种方法的比较
1．三倍体无子西瓜的培育
培育过程：
(1)两次传粉
(2)三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生可育的配子。
2．单倍体育种
(1)方法
(2)优点：能明显缩短育种年限。
3．几种育种方法的比较
育种类型 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种
原理 基因重组 基因突变 染色体数目的变异
处理方法 先杂交后连续自交，选优 用化学或物理方法处理生物 花药离体培养，人工诱导单倍体植株 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
优点 将优良性状集中到一起 能提高突变率，加速育种进程 可获得纯合子，明显缩短育种年限 器官较大，营养价值高等优良性状
缺点 育种年限长 需处理大量生物材料 技术难度大 发育迟缓，结实率低
必背知识：
1．染色体组是指细胞中一套完整的非同源染色体。
2．体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，叫作单倍体。由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体；体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫作多倍体。
3．与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。多倍体植株常常是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。
4．单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。
5．秋水仙素或低温能够抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍。
6．染色体结构变异可改变染色体上的基因数目或排列顺序，可在显微镜下观察到。
7．基因突变、基因重组和染色体变异都是可遗传变异的来源，原因是三者均导致细胞内遗传物质发生变化。
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